Mengubah Penelitian Microbiome Menjadi Kekuatan Untuk Kesehatan
Mengubah Penelitian Microbiome Menjadi Kekuatan Untuk Kesehatan – Microbiome terdiri dari triliunan mikroorganisme yang hidup di dalam dan di dalam diri kita masing-masing. Secara historis, para peneliti hanya menebak perannya dalam kesehatan manusia, tetapi dalam dekade terakhir ini, teknik pengurutan genetik telah cukup menerangi galaksi mikroorganisme ini untuk dipelajari secara mendetail.
Mengubah Penelitian Microbiome Menjadi Kekuatan Untuk Kesehatan
hospitalmicrobiome – Saat para peneliti mengungkap interaksi kompleks antara tubuh kita dan mikrobioma, mereka mulai menghargai cakupan penuh dari potensi bidang ini untuk mengobati penyakit dan meningkatkan kesehatan. Misalnya, semakin banyak daftar kondisi yang berhubungan dengan perubahan mikroba usus kita termasuk diabetes tipe 2, penyakit radang usus, penyakit Alzheimer, dan berbagai jenis kanker.
Baca Juga : Studi Rumah Sakit Menunjukkan Bagaimana Bakteri Menyebar Di Antara Pasien, Staf, Permukaan
“Di hampir setiap konteks penyakit yang telah diselidiki, kami menemukan berbagai jenis komunitas mikroba, berbeda antara pasien sehat dan sakit,” kata profesor teknik biologi Eric Alm. “Janji [dari temuan ini] adalah bahwa beberapa dari perbedaan tersebut akan bersifat kausal, dan campur tangan untuk mengubah mikrobioma akan membantu mengobati beberapa penyakit ini.”
Laboratorium Alm, bekerja sama dengan kolaborator di Broad Institute of MIT dan Harvard, melakukan beberapa pekerjaan awal yang mengkarakterisasi mikrobioma usus dan menunjukkan hubungannya dengan kesehatan manusia. Sejak saat itu, penelitian mikrobioma meledak, menarik para peneliti dari berbagai bidang dan menggerakkan penemuan-penemuan baru. Startup sekarang bekerja untuk mengembangkan terapi berbasis microbiome, dan organisasi nirlaba juga bermunculan untuk memastikan kemajuan ilmiah dasar ini berubah menjadi perawatan yang bermanfaat bagi banyak orang.
“Bab pertama dalam bidang ini, dan sejarah kami, telah memvalidasi modalitas ini,” kata Mark Smith PhD ’14, salah satu pendiri OpenBiome, yang memproses donasi feses untuk rumah sakit guna melakukan transplantasi feses bagi pasien yang berjuang melawan infeksi usus. Smith juga saat ini adalah CEO dari startup Finch Therapeutics, yang sedang mengembangkan perawatan berbasis microbiome. “Sampai sekarang, ini tentang janji mikrobioma. Sekarang saya merasa seperti kami telah memenuhi janji pertama. Langkah selanjutnya adalah mencari tahu seberapa besar hasilnya.
Sebuah yayasan interdisipliner
Peran menonjol MIT dalam penelitian mikrobioma sebagian datang melalui kepemimpinannya dalam bidang yang mungkin pada awalnya tampak tidak berhubungan. Selama beberapa dekade, MIT telah memberikan kontribusi penting untuk ekologi mikroba, dipimpin oleh pekerjaan di Laboratorium Parsons di Departemen Teknik Sipil dan Lingkungan dan oleh para ilmuwan termasuk Profesor Institut Penny Chisholm. Ahli ekologi yang menggunakan teknik statistik kompleks untuk mempelajari hubungan antara organisme dalam ekosistem yang berbeda diperlengkapi dengan baik untuk mempelajari perilaku strain bakteri yang berbeda dalam mikrobioma.
Bukan berarti ahli ekologi – atau siapa pun – awalnya harus banyak belajar yang melibatkan mikrobioma manusia, yang pada dasarnya merupakan kotak hitam bagi para peneliti hingga tahun 2000-an. Tetapi Proyek Genom Manusia mengarah pada cara yang lebih cepat dan lebih murah untuk mengurutkan gen dalam skala besar, dan sekelompok peneliti termasuk Alm dan profesor tamu Martin Polz mulai menggunakan teknik tersebut untuk memecahkan kode genom bakteri lingkungan sekitar tahun 2008. Teknik tersebut pertama kali ditujukan pada bakteri dalam mikrobioma usus sebagai bagian dari Proyek Mikrobioma Manusia, yang dimulai pada 2007 dan melibatkan kelompok penelitian dari MIT dan Broad Institute.
Alm pertama kali ditarik ke dalam penelitian mikrobioma oleh mendiang profesor teknik biologi David Schauer sebagai bagian dari proyek penelitian dengan Rumah Sakit Anak Boston. Tidak perlu banyak untuk mempercepat: Alm mengatakan jumlah makalah yang secara eksplisit merujuk pada microbiome pada saat itu dapat dibaca pada sore hari. Kolaborasi tersebut, termasuk Ramnik Xavier, anggota institut inti dari Broad Institute, mengarah pada pengurutan genom skala besar pertama dari mikrobioma usus untuk mendiagnosis penyakit radang usus. Penelitian ini sebagian didanai oleh Neil and Anna Rasmussen Family Foundation. Studi ini menawarkan sekilas potensi diagnostik microbiome. Ini juga menggarisbawahi perlunya menyatukan para peneliti dari berbagai bidang untuk menggali lebih dalam.
Mengambil pendekatan interdisipliner penting karena, setelah teknik sekuensing generasi berikutnya diterapkan pada microbiome, sejumlah besar biologi komputasi dan metode statistik masih diperlukan untuk menginterpretasikan data yang dihasilkan microbiome, bagaimanapun, mengandung lebih banyak gen daripada manusia. genom. Salah satu katalis untuk kolaborasi mikrobioma awal adalah Program PhD Pascasarjana Mikrobiologi, yang merekrut mahasiswa mikrobiologi ke MIT dan memperkenalkan mereka ke kelompok penelitian di seluruh Institut.
Ketika kolaborasi mikrobiologi meningkat di antara para peneliti dari departemen dan laboratorium yang berbeda, Neil Rasmussen, anggota lama MIT Corporation dan anggota komite kunjungan untuk sejumlah departemen, menyadari bahwa masih ada satu komponen lagi yang diperlukan untuk mengubah penelitian mikrobioma menjadi sebuah kekuatan. untuk kesehatan manusia.
“Neil memiliki ide untuk menemukan semua peneliti klinis di wilayah [Boston] mempelajari penyakit yang terkait dengan mikrobioma dan memasangkannya dengan orang-orang seperti [insinyur biologi, ahli matematika, dan ahli ekologi] di MIT yang mungkin tidak tahu apa-apa tentang penyakit radang usus. atau microbiome tetapi memiliki keahlian yang diperlukan untuk memecahkan masalah besar di lapangan,” kata Alm. Pada tahun 2014, wawasan tersebut mendorong Rasmussen Foundation untuk mendukung pendirian Pusat Informatika dan Terapi Mikrobioma (CMIT), salah satu pusat penelitian mikrobioma berbasis universitas pertama di negara tersebut. CMIT berbasis di MIT Institute for Medical Engineering and Science (IMES).
Tami Lieberman, Profesor Pengembangan Karir Hermann LF von Helmholtz di MIT, yang berlatar belakang ekologi, mengatakan CMIT adalah alasan utama dia bergabung dengan fakultas MIT pada tahun 2018. Lieberman telah mengembangkan pendekatan genomik baru untuk mempelajari bagaimana bakteri bermutasi pada individu yang sehat dan sakit. dengan fokus khusus pada mikrobioma kulit.
Laura Kiessling, seorang ahli kimia yang telah dikenal atas kontribusinya terhadap pemahaman kita tentang interaksi permukaan sel, juga dengan cepat bergabung dengan CMIT. Kiessling, Profesor Kimia Novartis, telah membuat penemuan yang berkaitan dengan mekanisme mikroba yang mempengaruhi fungsi kekebalan tubuh. Lieberman dan Kiessling juga merupakan anggota Broad Institute.
Saat ini, CMIT, dipimpin bersama oleh Alm dan Xavier, memfasilitasi kolaborasi antara peneliti dan dokter dari rumah sakit di seluruh negeri selain mendukung kelompok penelitian di wilayah tersebut. Pekerjaan itu telah menghasilkan ratusan uji klinis berkelanjutan yang menjanjikan untuk lebih menjelaskan hubungan mikrobioma dengan berbagai penyakit.
Memenuhi janji microbiome
Para peneliti belum mengetahui jenis bakteri spesifik apa yang dapat meningkatkan kesehatan orang dengan penyakit terkait mikrobioma. Tetapi mereka tahu bahwa transplantasi tinja, yang membawa spektrum penuh bakteri usus dari donor yang sehat, dapat membantu pasien yang menderita penyakit tertentu. Organisasi nirlaba OpenBiome, yang didirikan oleh grup dari MIT termasuk Smith dan Alm, diluncurkan pada tahun 2012 untuk membantu memperluas akses ke transplantasi kotoran dengan menyaring donor untuk pengambilan tinja kemudian memproses, menyimpan, dan mengirimkan sampel ke rumah sakit. Saat ini OpenBiome bekerja sama dengan lebih dari 1.000 rumah sakit, dan keberhasilannya di masa-masa awal menunjukkan bahwa penelitian mikrobioma dasar, jika dipasangkan dengan uji klinis seperti yang terjadi di CMIT, dapat dengan cepat menghasilkan pengobatan baru.
“Anda mulai dengan suatu penyakit, dan jika ada asosiasi mikrobioma, Anda dapat memulai uji coba kecil untuk melihat apakah transplantasi feses dapat segera membantu pasien,” jelas Alm. “Jika itu menjadi pengobatan yang efektif, saat Anda meluncurkannya, Anda dapat melakukan genomik untuk mengetahui cara membuatnya lebih baik. Jadi Anda dapat menerjemahkan terapi ke pasien lebih cepat daripada saat Anda mengembangkan obat molekul kecil.”Proyek nirlaba lain yang diluncurkan dari MIT, Global Microbiome Conservancy, mengumpulkan sampel tinja dari orang-orang yang menjalani gaya hidup non-industri di seluruh dunia, yang ususnya memiliki susunan bakteri yang jauh berbeda dan dengan demikian memiliki potensi untuk memajukan pemahaman kita tentang interaksi inang-mikrobioma.
Sejumlah perusahaan swasta yang didirikan oleh alumni MIT juga mencoba memanfaatkan mikroba individu untuk membuat pengobatan baru, antara lain Finch Therapeutics yang didirikan oleh Mark Smith; Concerto Biosciences, didirikan bersama oleh Jared Kehe PhD ’20 dan Bernardo Cervantes PhD ’20; BiomX, didirikan oleh Associate Professor Tim Lu; dan Synlogic, didirikan oleh Lu dan Jim Collins, Profesor Teknik dan Sains Termeer di MIT. “Ada peluang untuk mengubah mikrobioma dengan lebih tepat,” jelas Lieberman dari CMIT. “Tapi ada banyak ilmu dasar yang harus dilakukan untuk mengetahui cara menyesuaikan microbiome dengan cara yang ditargetkan. Setelah kami mengetahui cara melakukannya, potensi terapeutik mikrobioma menjadi tidak terbatas.”
